地鐵列車中中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)的應(yīng)用淺析

嚴(yán)剛剛

（南京地鐵運營有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210012）

地鐵列車中中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)的應(yīng)用淺析

嚴(yán)剛剛

（南京地鐵運營有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210012）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)不斷完善，各項基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也不斷完善，城市軌道交通的建設(shè)不斷成熟，為促進(jìn)城市的發(fā)展，為人們的生活提供便利做出了重要貢獻(xiàn)。在地鐵建設(shè)過程中，地鐵列車的供電技術(shù)一直是整個工程建設(shè)項目中的重要環(huán)節(jié)，相對于傳統(tǒng)的供電方式，中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)不斷成熟，為地鐵列車的可靠運行提供了保障，對于各類電網(wǎng)故障的應(yīng)對能力也不斷增強(qiáng)，逐漸成為了列車供電的主流技術(shù)。本文對地鐵列車中中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)進(jìn)行了分析。

地鐵列車；中壓并網(wǎng)供電；故障供電

所謂的中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)，實際上是高壓直流并聯(lián)供電技術(shù)的延伸和發(fā)展，相對于高壓直流并聯(lián)供電技術(shù)，中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)除了供電幅值同步外，還要保持相位和頻率同步，實現(xiàn)難度大大增加，但是，其廣泛應(yīng)用，對于地鐵列車有著重要意義，尤其是在列車發(fā)生故障時，中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于列車負(fù)載的合理分配，實現(xiàn)對于剩余負(fù)載容量的最大化利用，從而保證乘客安全性和舒適性不受影響。

1　中壓交流并網(wǎng)供電方案分析

1.1西門子列車方案

西門子在列車制造和使用過程中，充分使用了中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)，其中上海軌道交通1#線增擴(kuò)編列車項目就是西門子首次使用該技術(shù)的具體事例。在應(yīng)用過程中，選用單臺容量為73kVA的SIV和一條中壓母線（如圖1所示），創(chuàng)造出最初級的并網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)。在中壓并網(wǎng)的過程中，列車控制系統(tǒng)不需要參與其中，通過SIV的VMD1和VMD2進(jìn)行交互通信，通過向輔助逆變器控制單元進(jìn)行信息反饋，形成并聯(lián)控制[1]。由于西門子公司在設(shè)計初期對中亞母線短路故障、輔助逆變器無法從中亞母線隔離等故障沒有做出充分考慮，所以，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，就會因為缺乏必要的保護(hù)措施而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，所有逆變器也會因為過流或者整體中壓母線三相電壓受到干擾而不能正常輸出，這一設(shè)計上的先天缺陷難以通過簡單的途徑來進(jìn)行改進(jìn)，所以必須在后續(xù)的項目建設(shè)中對整套中壓網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，才能有效防止故障發(fā)生。

圖1　西門子列車中壓交流并聯(lián)供電結(jié)構(gòu)圖

1.2阿爾斯通列車方案

在上海軌道交通2#線的東延伸項目中，阿爾斯通將中壓交流并聯(lián)技術(shù)應(yīng)用到了其中。為了增強(qiáng)系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的運行效果，在設(shè)計之初，就增強(qiáng)了系統(tǒng)的保護(hù)措施，并將中壓母線接觸器引入其中。通過在中壓母線上安裝兩個由TCMS控制的接觸器，當(dāng)中壓母線出現(xiàn)短路等故障時，中壓母線接觸器就會被分?jǐn)啵瑥亩构收隙蔚闹袎耗妇€與正常段的中壓母線相分離，并使得SIV向母線輸送三相電壓在故障段得到禁止，而其他的區(qū)域能夠維持正常供電，確保地鐵列車的自身運行動力條件得到滿足[2]，其具體的供電形式如圖2所示。

圖2　阿爾斯通列車中壓交流并聯(lián)供電結(jié)構(gòu)圖

1.3龐貝迪列車方案

在上海軌道交通12#線的建設(shè)過程中，龐貝迪借鑒西門子和阿爾斯通的經(jīng)驗，在設(shè)計過程中采用了雙中壓母線和4套中壓母線接觸器的方案，使系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的供電冗余能力更強(qiáng)，對于維持地鐵列車穩(wěn)定運行有著重要意義。在設(shè)計過程中，龐貝迪所選用的中壓母線接觸器由TCMS控制，將兩條中壓母線分成獨立的4部分，如果其中任何一段發(fā)生短路故障，其他的部分仍然可以維持一半的中壓負(fù)載，從而保證工作模式正常運轉(zhuǎn)，最大化地利用負(fù)載保證列車運行的穩(wěn)定性和安全性。

2　中壓交流并網(wǎng)供電與傳統(tǒng)供電模式的比較

與傳統(tǒng)的供電模式相比，中壓交流并網(wǎng)供電模式在列車供電故障狀態(tài)下的運行能力與負(fù)載分配有著強(qiáng)大的優(yōu)越性。一直以來，交叉供電網(wǎng)絡(luò)是列車中壓供電系統(tǒng)中普遍采用的供電模式，一般由兩臺或以上的SIV和兩條中壓母線組成，中壓母線的負(fù)載供電完全依靠于SIV。從連接和控制方面來看，不需要TCMS的配合，獨立性強(qiáng)，但是當(dāng)SIV故障時，列車的可靠運行難以得到保障。也就是說，中壓交流并網(wǎng)供電的優(yōu)勢在于當(dāng)SIV故障時，可以起動列車控制系統(tǒng)中的預(yù)設(shè)模式，對供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，減少故障對于列車正常運行的影響。除此之外，在故障降級模式下，系統(tǒng)能否發(fā)揮優(yōu)勢，充分發(fā)揮系統(tǒng)間的互補(bǔ)和協(xié)調(diào)作用，則是判斷中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)成熟與否的標(biāo)志。

3　結(jié)語

隨著技術(shù)的發(fā)展，地鐵列車的可靠性和安全性得到了有效保證。通過實踐證明，中壓交流并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)供電技術(shù)與傳統(tǒng)的中壓交叉供電模式有著強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢。隨著控制軟件和控制邏輯的進(jìn)一步發(fā)展，中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)的應(yīng)用和推廣成為可能，為促進(jìn)城市地鐵列車的安全、穩(wěn)定運行奠定了重要的基礎(chǔ)。

U231.8

A

1673-0038（2015）18-0194-02

2015-4-12